JPH07110191A

JPH07110191A - 金属精錬用取鍋の水冷取鍋蓋

Info

Publication number: JPH07110191A
Application number: JP25570293A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nagase; 勇二長瀬; Koji Watanabe; 浩二渡辺; Toshiaki Miyamoto; 敏明宮本; Makoto Sudo; 真須藤; Isao Ueki; 勲植木
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】取鍋から飛散するスプラッシュが取鍋蓋に付
着するのを利用して肥大化させ、取鍋蓋の冷却水による
過大な抜熱を防ぎ、適度の冷却効果を得る。【構成】金属精錬用取鍋蓋の円形開口端縁に開閉自在
に載置される水冷取鍋蓋１０において、取鍋６の円形開
口内の上空に冷却水が通水される伝熱管１１群が相互に
添設されるように巻装され、隣合う各伝熱管１１は相互
に溶接によって接合され、この接合部に隙間が生じない
ように凹部１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減圧下で溶銑や溶鋼、
その他の種々な合金などの金属溶湯を精錬する精錬装
置、あるいは金属溶解精錬装置等に用いられる金属精錬
用取鍋の水冷取鍋蓋に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、種々の鋼材や合金材の品質の
改善とともに生産性の向上を図るためなどに炉外精錬法
が広く行われている。炉外精錬は、転炉や電気炉等の第
１次精錬に対応して、第２次精錬というべきものであ
る。炉外精錬装置は、第１次の製鋼炉などからの金属溶
湯に対して、脱炭や脱ガス、撹拌、加熱、増量、成分調
整等を行う機能を適宜備える。

【０００３】様々な２次炉外精錬法のうちで、真空精錬
取鍋（以下、単に「取鍋」ということがある）を使用し
て、取鍋内に保持されている金属溶湯に対して、脱炭、
脱ガス、撹拌、成分調整などの機能を果す方法も種々行
われている。たとえば、ＶＯＤ法、ＬＤ法を含むＢ−Ｖ
法、ＬＤ−ＶＡＣ法、Ｅｌｏ−ＶＡＣ法が挙げられる。

【０００４】これらの２次炉外精錬法は、真空脱ガス装
置（真空精錬装置）を用いて減圧下で行われ、簡単に
は、真空脱ガス精錬法（真空精錬法）とでも呼称される
べきものである。そのような装置では、真空容器内の所
定位置に、金属溶湯を保持している取鍋を設置する。次
にその真空容器内を減圧し、取鍋内に保持されている金
属溶湯中にアルゴンガスのごとき不活性ガスを取鍋底部
から吹き込む。このようにして金属溶湯を撹拌しなが
ら、酸素ガスを上吹きし、脱炭反応を優先的に進行させ
て極低炭素の金属溶湯を製造する。この際に、当該金属
溶湯に対して、脱ガス、撹拌、増量、成分調整等を効果
的に進行させることができる。このような先行技術は、
たとえば、特公昭６０−１３４０６号公報、特公昭６２
−３２２４８号公報、特公平３−７５８１３号公報、特
開昭５９−１８５７２０号公報などに開示されている。

【０００５】減圧下で金属溶湯を精錬する真空精錬装置
の真空容器内においては、以下に示すような理由によっ
て、この金属溶湯を保持している取鍋上に載置する取鍋
蓋が不可欠である。

【０００６】取鍋内の金属溶湯の降温抑制、好適な金
属溶湯の温度および品質管理化、省エネルギー化、取鍋内の金属溶湯から真空容器の内壁やシール部への
輻射熱の遮断、真空容器系の設備寿命延長化および軽保
全化、真空容器の高真空度化および所要電力の軽減化、真空容器内の圧力を減圧する際に生じる金属溶湯の突
沸による取鍋外、すなわち真空容器内への金属溶湯の流
出防止、不活性ガスの取鍋底吹きによる金属溶湯の撹拌と酸素
ガスの酸素上吹きランスからの吹錬とによって生じるス
プラッシュの取鍋自体の上縁や外皮、さらに取鍋外の真
空容器内壁部への飛散・付着の防止、前記および項によって生じる取鍋自体および真空
容器内の清掃や手直し作業付加の軽減化、前記および項によって生じる真空精錬された金属
溶湯の製造歩留り低下の防止、などを図るためである。

【０００７】従来、このような減圧下で金属溶湯を精錬
する真空精錬装置において、真空容器内の取鍋上に載置
される取鍋蓋としては、たとえば特開昭５６−１４６７
５３号公報や特開平２−２０５６１９号公報に開示され
ているように、耐火物構造のものが使用されている。こ
の取鍋蓋は、たとえば１７００℃以上といった非常に高
温で多量な金属溶湯を保持している取鍋の直上に載置さ
れるので、操業現場の安全性の確保や操業性・作業性の
向上のために、通常無冷却のものが使用されている。無
冷却の取鍋蓋は、以下に示すような問題点を抱えてい
る。

【０００８】（ａ）苛酷な使用条件下で、耐火物構造体
が変形しやすく、この構造体から耐火物が破損し脱落し
やすい。

【０００９】（ｂ）前述のおよび項の理由によっ
て、金属溶湯の流出分やスプラッシュが取鍋蓋に付着
し、肥大化して、載置不能や繰返し使用不能に陥る。

【００１０】（ｃ）予めこの耐火物構造体に設けられて
いる酸素ガスの酸素上吹きランスの昇降用開口部、合金
鉄等投入用ホッパ・ダクトの挿入口、ガス抜き口などに
スプラッシュが付着して肥大化し、これらの各開口部を
閉塞し、操業困難あるいは操業不能に陥る。

【００１１】（ｄ）前記（ａ）〜（ｃ）項の理由によっ
て、頻々と、点検、手直し修理をしなければならない。

【００１２】（ｅ）前記（ａ）および（ｄ）項の理由に
よって、取鍋蓋の耐用寿命が短縮され（たとえば１００
ヒートの耐用寿命）、非常にコストアップを招き不経済
である。

【００１３】そこで、近年このような取鍋蓋は、前記
（ａ）〜（ｅ）項に記載する種々の問題点を抱えている
耐火物構造（体）のものではなく、水冷構造のものが試
行されている。水冷構造では、前記（ｃ）項に記載する
ように、取鍋蓋に予め設けられている各開口部を除い
て、取鍋蓋中に冷却水を通す金属製の伝熱管を同心円状
または螺旋状で、密着した添設状態に巻付け、構造体全
体をハット（Ｈａｔ）形に形成する。

【００１４】しかしながら、水冷化構造取鍋蓋は、耐火
物構造の取鍋蓋に比べて、金属溶湯からの輻射伝熱量が
大きく、金属溶湯の温度降下が０．５〜１℃／ｍｉｎと
なるために、連続鋳造などの次工程での最低必要金属溶
湯温度が確保できなくなるおそれがある。そこで、金属
溶湯の温度降下を抑制し好適な温度管理下で省エネルギ
ーを図りながら操業するためには、不活性ガスによる底
吹きガス撹拌と酸素吹錬とによって生じるスプラッシュ
を水冷化された取鍋蓋内面に積極的に付着成長させ、こ
のように形成されたスプラッシュ層を一種の耐火物の代
替として断熱に利用することが試みられている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】取鍋蓋の内面に付着成
長させて形成したスプラッシュ層の断熱作用を利用して
金属溶湯の降温を有効に抑制し特に省エネルギー効果を
果しながら操業するためには、次の３項について解決す
る必要がある。

【００１６】（１）スプラッシュが付着したときに、剥
離させずに肥大化させる方策。

【００１７】一般的に不活性ガスの底吹き撹拌と酸素吹
錬とによって取鍋内に保持されている金属溶湯および／
またはスラグ層から生じるスプラッシュは、水冷化され
た取鍋の内面に飛散付着すると、急冷され固化して容積
が収縮する。このため、付着している部分に隙間が生
じ、速やかに取鍋蓋の内面から剥離して落下してしま
う。

【００１８】肥大化させるためには、付着したスプラッ
シュが剥離し落下しない方策を見い出す必要がある。

【００１９】（２）異常に肥大化させずに、適度に肥大
化させたスプラッシュ層を形成させる方策。

【００２０】異常に肥大化させてしまうと取鍋に対して
取鍋蓋を開閉自在に交換困難や不能、取鍋に取鍋蓋を載
置不能、取鍋蓋の繰返し使用不能に陥るので、適度に
（所定量に）肥大化させたスプラッシュ層を形成させる
方策、つまり適度に形成されたら後続して生ずる不必要
で過度なスプラッシュを剥離し落下させる方策を見い出
す必要がある。

【００２１】（３）肥大化させたスプラッシュ層を容易
に剥離・脱落させる方策。

【００２２】適度に肥大化させたスプラッシュ層であ
れ、取鍋蓋の下方にまで垂れ下がった異常なスプラッシ
ュ層や取鍋の円形開口内の周壁面におけるフリーボード
部から取鍋蓋の頂部に至る内面に恰も「竹の子」の皮状
に一体化された異常なスプラッシュ層や取鍋蓋の隣合う
伝熱管の間の鋭角にくびれている凹部分に飛散するスプ
ラッシュが食い込んでその部分を起点として伝熱管周り
にも成長し一体化してしまって取り除くのが困難になっ
た異常スプラッシュ層であれ、いずれにしても、取鍋の
円形開口端縁に開閉自在に載置される取鍋蓋を交換した
りあるいは取鍋蓋を取換えることなく繰返し使用しなが
ら精錬操業していくために、取鍋蓋からかかるスプラッ
シュ層をオンラインまたはオフラインで容易に剥離・脱
落させる方策を見い出す必要がある。

【００２３】すなわち、本発明の目的は、前述のごとく
飛散するスプラッシュが付着するのを積極的に利用した
水冷構造の取鍋蓋であって、伝熱管周りの断熱作用を果
たすスプラッシュ層を、所望とする適度に肥大化させた
状態に効率的にしかも確実に行わせることができて、冷
却水による過大な抜熱を防ぎながら水冷効果を好適に高
めるようにして、取鍋内に保持されている金属溶湯の降
温を有効に抑制しつつ省エネルギー効果を果たしながら
精錬操業していくことを可能とし、前記（１）項と
（３）項との背反する各方策をいずれも満たして、適度
であれ異常であれスプラッシュ層を容易に剥離・脱落さ
せることができるようにして、取鍋蓋の交換の利便性の
みならず耐用寿命の長い取鍋蓋を取換えることなく繰返
し使用して精錬操業していくことを可能とすることによ
って、前記（ａ）〜（ｅ）項に記載する従来の耐火物構
造のものの諸問題を解消するとともに前記〜項に記
載する取鍋蓋本来の機能を達成して、総合的に満足し得
る取鍋の水冷取鍋蓋を提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属精錬に用
いられる取鍋の円形開口端縁に開閉自在に載置される水
冷取鍋蓋において、当該水冷取鍋蓋は、該取鍋の円形開
口内の上空に、冷却水が通水される伝熱管群が、伝熱管
同士が極力添設されるように巻装されて、ドーム部とフ
ランジ部から成るハット形に成形され、隣合う伝熱管相
互が溶接によって接合されて、この接合部に隙間がなく
凹部が形成されることを特徴とする金属精錬用取鍋の水
冷取鍋蓋である。

【００２５】また本発明は、ハット形に成形される水冷
取鍋蓋の水平方向に配設されるフランジ部に対して斜方
に直線状に立ち上がるドーム部の成す角度が７５°〜９
０°であることを特徴とする。

【００２６】また本発明は、ハット形に成形される水冷
取鍋蓋の水平方向に配設されるフランジ部に対して斜方
に曲線状に立ち上がるドーム部における各接線の成す角
度が７５°〜９０°の範囲にあることを特徴とする。

【００２７】また本発明は、伝熱管は、取鍋内に保持さ
れている金属溶湯および／またはスラグ層から放射され
る輻射熱に十分耐え得る必要最低限の冷却水量を通水で
きる管径以上であるとともに、隣合う伝熱管相互が溶接
によって接合されて溶接部に形成される凹部に金属精錬
時には食い込み保持されるスプラッシュ層が精錬終了と
ともに収縮して離脱し得る凹部を形成できる極力大きな
管径を有することを特徴とする。

【００２８】

【作用】本発明に従えば、水冷取鍋蓋の内面に、その円
周方向に環状に形成される凹所が設けられる。この凹所
としては、たとえば、密に巻装された鋼管からなる伝熱
管の隣合う管相互を溶接することによって、この溶接部
に隙間がなく形成される凹みで実現される。

【００２９】本来、水による冷却を行う場合、その水の
流れに澱みが生じないように丸い伝熱管を使用するのが
良いことは当然である。このような丸い伝熱管で蓋構造
物を作る場合、伝熱管相互の間には必然的に凹みが生じ
る。本発明者は、スプラッシュの入り込みを防止する観
点から種々検討した結果、まず、この凹み部分を無くし
て平滑な構造とすることがよいと考えた。

【００３０】そこで、本発明者は種々の方法にてテスト
を繰り返した。たとえば、鋼管と鋼管の間の凹み部分に
鉄板を溶接して平らにし使用した。しかし、この構造で
はこの鉄板と鋼管の間に空気の層があったため、鉄板の
冷却能がなく、すぐに鉄板に穴があいた。

【００３１】次に本発明者は鋼管と鋼管の間の冷却能を
低下させることのないように肉盛り溶接を施すことを考
えテストを行った。ここで本発明者はこの溶接の厚さを
決めるため金属溶湯の精錬処理時の温度での熱膨張率に
着目し、付着し形成されたスプラッシュ層が常温に冷却
されたとき収縮する収縮代を考慮し収縮後のスプラッシ
ュ層の径が伝熱管の内面径より小さくなれば良いと考え
た。このように考えた構造の真空精錬用取鍋蓋を作成し
テストした結果、前述した問題もなく使用することが可
能となった。

【００３２】すなわち、このように構成された水冷取鍋
蓋は、たとえば取鍋上に設置し使用されると、精錬操業
中は、特に酸素吹錬中には飛散したスプラッシュが、蓋
内面に付着して、凹所内に入り込んだ後、成長してスプ
ラッシュ層が安定して内面に形成される。一方、精錬終
了後は、スプラッシュ層が冷やされて熱収縮するため
に、凹所および伝熱管表面に対して隙間が生じて離脱
し、凹所によって支えられなくなる結果、落下する。す
なわち、前記（１）項と（３）項に記載された背反する
各方策（背反条件）がいずれも満たされるのである。こ
れによって、水冷取鍋蓋はスプラッシュ層が取り除かれ
て、再使用が可能である。

【００３３】また本発明に従えば、伝熱管同士が極力添
設されるように巻装されて、ドーム部とフランジ部から
成るハット形に成形される水冷取鍋蓋において、水平方
向に配設されるフランジ部に対してドーム部が斜方に直
線状または曲線状に立ち上がるように椀状に成形される
ことと、このフランジ部に対して斜方に直線状に立ち上
がるドーム部の成す角度が７５°〜９０°の範囲にある
ことと、このフランジ部に対して斜方に曲線状に立ち上
がるドーム部における各接線の成す角度が７５°〜９０
°の範囲にあることとによって実現される。

【００３４】このフランジ部に対してドーム部が垂直に
立ち上がる垂直方式では、スプラッシュ層を安定して内
面に形成し得るが、このスプラッシュ層の収縮代が小さ
いうえに、スプラッシュ層が離脱しても落下するときに
傾いて落下することが多いので、ドーム部に引掛ってし
まい、容易に落下させることができないことを究明した
のである。この垂直方式では、前記背反条件を満たすこ
とができないのである。

【００３５】これに対して、フランジ部に対してドーム
部の成す角度が所定範囲にある椀状の水冷取鍋蓋にあっ
ては、前記背反条件を満たし、スプラッシュ層が容易に
取除かれて、繰返し使用することが可能となる。

【００３６】また本発明に従えば、水冷取鍋蓋におい
て、冷却水の通水される各伝熱管の管径としては、小径
にすぎても大径にすぎても前記背反条件を満たすために
は問題であるが、極力大きな管径を有することが望まれ
る。小径にすぎればスプラッシュ層を安定して形成する
ことが困難となり、逆に大径にすぎればスプラッシュ層
を容易に離脱し落下し難くなるからである。

【００３７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例に係
る真空精錬装置用取鍋蓋について詳細に説明する。図１
は本発明の実施例に係る真空精錬装置の概略示縦断面図
である。真空精錬装置１は、ベッセル１ａおよび着脱可
能なベッセルカバー１ｂからなる真空容器系と、これに
接続された排ガスダクト４および排気手段５からなる排
気系と、金属溶湯を収容するためにベッセル１ａ内の所
定位置に載置される取鍋６とによって形成される。

【００３８】ベッセルカバー２には、酸素ランス７が上
下昇降動可能に貫通して設けられ、また、合金元素やフ
ラックスを供給するためのホッパー８ａ，８ｂが取付け
られている。金属溶湯の真空精錬操業に際しては、取鍋
６底部に配置された底吹きガスノズル２ａ，２ｂを介し
てガス供給装置３からアルゴンガスのごとき不活性ガス
を金属溶湯中に吹込み、排気系を駆動して真空精錬装置
１内を減圧に保持しながら、取鍋６内の金属溶湯上に前
記ランス７から酸素を吹付け吹錬する。

【００３９】取鍋６は、取鍋本体９と取鍋蓋１０とによ
って形成され、本体９の頂部円形開口が蓋１０によって
塞がれるようになっている。取鍋蓋１０は、水冷構造の
ドーム部１１ａとフランジ部１１ｂから成るハット形を
成す蓋であって、外殻となる補強部材１２と、その取鍋
本体９の内部空間に臨む面となる内面に添設される冷却
用通路１１とを備える。

【００４０】図２には、図１図示の蓋１０における符号
Ａで表される要部の拡大断面図が示される。補強部材１
２は、蓋１０の機械的強度を担持する部材であって、た
とえば蓋１０の円周を数等分した個所に上下方向に延在
するリブ材によって形成される。

【００４１】一方、冷却用通路１１は、丸鋼管からなる
水冷伝熱管によって実現される。この伝熱管１１は、補
強部材１２に対して隙間が存しないように密に添設さ
れ、円弧状に曲げられた曲がり管が蓋１０の内面の冷却
を要する全面に亘って、かつ、蓋１０の中心に対し多列
同心の配置で設けられるとともに、隣合う管端部相互を
折返し管によって接続して、全体としてたとえばジグザ
グ螺旋状を成す流体通路に形成される。伝熱管１１が密
に巻装されることによって形成される冷却用通路に対し
て冷却水が循環流通される。このように丸鋼管からなる
伝熱管１１を隙間が無いように並べて設けることによっ
て、冷却用通路１１自体が蓋１０の壁材となっている
が、拡大示してなる図２から明らかなように、隣接する
伝熱管間には、内方にくびれ込んだ凹所１３が形成さ
れ、この凹所１３は、蓋１０の円周方向に、同軸的な多
列の環状に延在している。

【００４２】前記各凹所１３の内方において、伝熱管相
互が接している部分は、この伝熱管とほぼ同じ材質の溶
接材を用いて全長に亘って肉盛り溶接Ｗを行わせる。こ
の肉盛り溶接Ｗが行われることによって、蓋材として機
能する冷却用通路１１における深くくびれた部分１３を
スプラッシュが埋めてしまい、スプラッシュが食い込み
この伝熱管相互の接している内面部分からそのスプラッ
シュ層を容易に離脱し難くする空間を奥行きが比較的浅
い窪みに形成し離脱し易くし得る。

【００４３】図２、図３および図４に示すごとく、蓋１
０の上下方向に立ち上がっているドーム部１１ａであっ
て、周壁部分に相当する冷却用通路１１は、取鍋本体９
の中心軸であるとともに蓋１０における各伝熱管の垂直
な中心軸０に対して、図２の（ａ）に示されるように平
行状態では問題があり、傾斜させる必要がある。

【００４４】図２および図３の（ｂ）に示すように、ド
ーム部１１ａは、水平方向に配設されるフランジ部１１
ｂに対して、斜方に角度θを有し直線状に立ち上がるよ
うに形成するか、または図４に示すように同フランジ部
１１ｂに対して接線Ｔ１やＴ２がそれぞれθ１やθ２を
有し斜方に曲線状に立ち上がるように形成する必要があ
る。

【００４５】図２の（ａ）に示されるように、フランジ
１１ｂに対してドーム部１１が垂直な直線状に立ち上が
るように形成した場合は、前述のごとく前記（１）項と
（３）項との背反する各方策（背反条件）を両方とも満
足させることが実質的に不可能だから問題なのである。
すなわち冷却用通路１１のドーム部１１ａ内面における
深くくびれた各空間部分１３において、たとえ肉盛り溶
接Ｗを行わせることによって奥行きが比較的浅い窪みに
形成しても、その窪みにスプラッシュを十分食い込ませ
て簡単に剥離しないようにスプラッシュ層を形成させる
ことはできるのであるが、このスプラッシュ層が取鍋本
体９内に保持されている金属溶湯から熱供給が途絶えて
冷却されたときの熱収縮量として経験的に約１％で小さ
いうえに、このドーム部１１ａ内面から離脱するスプラ
ッシュ層が垂直に直下に落下しないで頻々と傾斜した状
態で落下するので、簡単に落下せず容易に離脱させるこ
とができないからである。

【００４６】したがって、このドーム部１１ａは、フラ
ンジ部１１ｂに対して斜方に直線状または曲線状のいず
れでもよいが必ず斜方に立ち上がるように形成する必要
があるが、このような冷却用通路１１の配設される蓋１
０としては、斜方に直線状に立ち上がるように形成する
ほうが精度良く簡単に安価に製作するための製作面で、
かつ点検や補修整備していく保全面から望ましい。しか
も、この直線状または曲線状のいずれの場合も、前述の
ごとき背反する各方策（背反条件）を両方とも満する角
度としてθ，θ１やθ２を計算上求めることはできるが
不確定であり、経験を踏えた実績値として次のような範
囲にあることが望ましい。

【００４７】まず、水平方向に配設されるフランジ部１
１ｂに対して斜方に直線状に立ち上がるドーム部１１ａ
の成す角度θは、７５°〜９０°の範囲が望ましく、８
５°〜８９°の範囲がより望ましい。

【００４８】一方、水平方向に配設されるフランジ部１
１ｂに対して斜方に曲線状に立ち上がるドーム部１１ａ
における各接線Ｔ１，Ｔ２の成す角度θ１，θ２も、７
５°〜９０°の範囲が望ましく、８５°〜９０°の範囲
がより望ましい。

【００４９】この直線状または曲線状のいずれの場合
も、７５°未満では冷却用通路１１のドーム部１１ａの
内面にスプラッシュが付着するのが困難でスプラッシュ
層を形成し難くなるからであり、９０°越えでは逆に形
成されたスプラッシュ層がこの内面から離脱するのが困
難、不能になるからである。また、冷却用通路１１は、
図１に示されるように、フランジ部１１ｂの最も内側の
伝熱管内面が、取鍋本体９の円形開口内の周壁面の位置
に対して垂直方向の上方に面一となるかあるいはわずか
に内方寄りに位置するように設けられることが好まし
く、これは付着し形成されたスプラッシュ層が剥離した
際、取鍋本体９内に離脱し易くなるからに他ならない。

【００５０】また、図５には、冷却用通路１１に付着し
形成されたスプラッシュ層１４の収縮状態が示される。
本発明の実施例の取鍋蓋１０は、取鍋本体９の上部に設
置されて、本体９の円形開口部を塞がせる。この取鍋６
は、ベッセル１ａ内に収納して、真空精錬処理操作が成
される。この処理操作中に、さらに酸素吹錬中にＣＯの
発生に伴って取鍋６内に高エネルギーが生じる結果、ス
プラッシュが勢いよく飛散する。この飛散したスプラッ
シュは、蓋１０の内面、すなわち冷却用通路１１の内面
に付着し、前記凹所１３内に入り込んで固く付着し、こ
れが核となって、冷却用通路１１の内面に略全面に亘っ
て均一に付着し、成長して適当な厚さのスプラッシュ層
１４が形成される。形成されたスプラッシュ層１４は、
厚みがある一定値になると、スプラッシュ層１４表面
（内側の露出面）の冷却能を低下し、それ以上のスプラ
ッシュ層１４の成長は起こらない。これによって、冷却
用通路１１の各伝熱管表面は、耐火物を添設した場合と
同じように、熱伝導率が低くなり、したがって金属溶湯
の降温を抑制しその温度を高温に維持し得る。

【００５１】精錬処理操作が終了すると、取鍋６内に保
持されている金属溶湯からの熱供給が急減するために、
蓋１０は急速に温度低下し、形成されているスプラッシ
ュ層１４は、表面側から温度が急速に低下していく。た
とえば、冷却用通路１１の最大内径寸法が２８００ｍｍ
の取鍋蓋１０において、管径（外径）が７６ｍｍの鋼管
が冷却用通路１１の伝熱管に使用され、精錬運転中は１
時間当り５０ｔｏｎの冷却水が流通しているとして、蓋
１０内面は１６００℃の高温に曝されており、これが急
速に常温近くまで温度低下するようになる。そのため
に、水冷用通路１１の伝熱管表面に付着し形成されてい
るスプラッシュ層１４は約１％熱収縮して片側１４ｍｍ
程度の隙間［２８００ｍｍ×０．０１＝２８ｍｍ（両
側），２８ｍｍ÷２＝１４ｍｍ（片側）］を生じる結
果、図５において右下り斜線部分で示されるスプラッシ
ュ層１４は、左下り斜線部分で示されるスプラッシュ層
１４ｃまで熱収縮する。この熱収縮に伴って、スプラッ
シュ層１４ｃは、各伝熱管の内面から剥離する。その
際、各凹所１３から外側に出る状態に収縮したとする
と、大略的に椀状を成しているスプラッシュ層１４ｃの
層は、支持されなく自由状態に置かれることによって離
脱し易くなり、蓋１０を持ち上げることによって、本体
９内に落下する。

【００５２】以上に説明したように、蓋１０の冷却用通
路１１の各伝熱管内面にスプラッシュ層１４を確実に形
成させることと、このスプラッシュ層１４が不必要にな
ったときはオンラインまたはオフラインでいつでもスプ
ラッシュ層１４の熱収縮によって容易に離脱させ落下さ
せることとの背反条件を満足させるための条件は、蓋１
０の全体サイズにも起因するが、より具体的には、スプ
ラッシュ層１４自体の熱収縮率との関係から、この蓋１
０の冷却用通路１１に使用される各伝熱管の管径と、前
述したごときこの冷却用通路１１にあって水平なフラン
ジ部１１ｂに対してドーム部１１ａが斜方に立ち上がり
大略的に椀状を成していることおよびその斜方への立ち
上がり角度と、冷却用通路１１にあって隣合う伝熱管相
互の間に形成される凹所１３の奥行寸法であり換言する
ならばこの凹所１３への肉盛り溶接Ｗの量とが重要な要
素となり、これらの各要素の兼ね合い条件が重要であ
る。

【００５３】冷却用通路１１に使用される各伝熱管の管
径としては、一般に小径すぎるとスプラッシュが付着し
難くなってそのスプラッシュ層１４の形成が困難または
不能となり、逆に凹所１３への肉盛り溶接Ｗの量にもよ
るが大径すぎると形成されたスプラッシュ層１４の離脱
が困難または不能となる。したがって、各伝熱管として
は、取鍋本体９内に保持されている金属溶湯および／ま
たはスラグ層から放射される輻射熱に十分耐え得る必要
最低限の冷却水量を通水可能な管径以上であるととも
に、隣合う伝熱管相互の間に形成される凹所１３が溶接
によって肉盛り溶接Ｗが行われて隙間のないように成形
された凹部（窪み）に、金属精錬時には食い込み保持さ
れているスプラッシュ層が精錬終了とともに熱収縮して
離脱し得る凹部を形成できるように極力大きな管径を有
することが望ましい。

【００５４】図３の（ａ），（ｂ）を参照して、水冷用
通路１１におけるドーム部１１ａの各伝熱管が垂直方向
Ｌに配設されている図３（ａ）図示の直立方式では、奥
行寸法Δｌの右下り斜線領域Ｓを残してその奥の部分を
肉盛り溶接Ｗによって埋めたとしても、前述のごとくス
プラッシュ層は容易に形成されるが、形成されたスプラ
ッシュ層の熱収縮量が小さく、かつスプラッシュ層がそ
のまま真下に落下することは少なく傾いた状態で落下す
るので、各伝熱管の表面に引掛ってしまい、円滑に落下
させることが困難または不能となる。

【００５５】一方、図３の（ｂ）図示の傾斜方式の例で
は、必要とされる奥行寸法Δｌを残して、その奥の部分
を肉盛り溶接Ｗすれば充分であって、直立方式と違って
傾斜角θが小さくなる程、肉盛り溶接Ｗの量が少なくて
済み、前述のごとく背反条件を満足させることができる
のである。

【００５６】本発明の実施例に係る真空精錬用取鍋蓋を
取付けた取鍋を使用して実際に７５ｔｏｎのステンレス
鋼溶銑の真空精錬処理を行った。処理が終了した後、当
該真空精錬用取鍋蓋を取鍋から専用台車にて取り外し１
０分経過した後、再び当該真空精錬用取鍋蓋を専用台車
にてつり上げると、付着し形成されたスプラッシュ層は
取鍋蓋から剥離していた。この作業を繰り返して続けて
も同じ結果が得られることが実験の結果判明した。

【００５７】また、この取鍋および取鍋蓋を使用して
２，０００Ｈｅａｔ（使用精錬回数）のステンレス鋼溶
銑の真空精錬処理をした結果が、従来の耐火物構造の蓋
が使用される比較例と対比させて下記表に示される。

【００５８】

【表１】

【００５９】上記表によれば、本実施例は、耐火物構造
のものに対して製作費は高いが耐用に優れていて、しか
もメンテナンス費も少くて済む。このため、トータルコ
スト的に安価となることが明らかである。

【００６０】

【発明の効果】以上に詳述した本発明に係る金属精錬用
取鍋の水冷取鍋蓋は、その内面に凹所を形成して、精錬
操業中には、スプラッシュが入り込むことによってスプ
ラッシュ層の形成・固着を確実なものとし、精錬終了後
には、スプラッシュ層自体の熱収縮に応じて凹所から離
脱して下方に落ち易くなるようにすることができる。し
かも、水冷取鍋蓋の耐用年数が飛躍的に延ばされ、ま
た、離脱しないスプラッシュ層の削落し作業が省けてメ
ンテナンスの容易化が図れ、総合的に安価であって、し
かも生産性の向上にも寄与し得る。さらに、耐火物構造
のものに較べて粉塵の問題もなく、環境面でも改善され
る。

【００６１】したがって、前記（１）項と（３）項とに
記載する背反する各方策（背反条件）を満足させること
が可能となり、形成されたスプラッシュ層が適度なもの
であれ異常なものであれ容易に離脱し落下させることが
できるので、水冷取鍋蓋の交換の利便性のみならず耐用
寿命の長い水冷取鍋蓋を取換えることなく繰返し使用し
て精錬処理操業していくことができる。

【００６２】つまり、本発明の課題を達成しながら、長
期に亘って高生産性を維持し安全で安定した精錬処理操
業が経済性を伴いながら実施できる本発明に係る水冷取
鍋蓋の工業的価値は非常に大きなものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の真空精錬装置の概略示縦断
面図である。

【図２】図１図示の取鍋蓋１０の要部拡大断面図であ
る。

【図３】図１および図２図示の取鍋蓋１０における冷却
用通路１１の形成事例について説明する部分拡大断面図
である。

【図４】図１および図２図示の取鍋蓋１０における冷却
用通路１１の他の形成事例について説明する部分拡大断
面図である。

【図５】本発明の一実施例に係る冷却用通路１１に付着
し形成されたスプラッシュ層１４の収縮状態説明図であ
る。

【符号の説明】

６取鍋９取鍋本体１０取鍋蓋１１冷却用通路１１ａドーム部１１ｂフランジ部１３凹所１４スプラッシュ層Ｗ肉盛り溶接

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤真山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者植木勲山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社周南製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属精錬に用いられる取鍋の円形開口端
縁に開閉自在に載置される水冷取鍋蓋において、当該水冷取鍋蓋は、該取鍋の円形開口内の上空に、冷却
水が通水される伝熱管群が、伝熱管同士が極力添設され
るように巻装されて、ドーム部とフランジ部から成るハ
ット形に成形され、隣合う伝熱管相互が溶接によって接合されて、この接合
部に隙間がなく凹部が形成されることを特徴とする金属
精錬用取鍋の水冷取鍋蓋。
【請求項２】ハット形に成形される水冷取鍋蓋の水平
方向に配設されるフランジ部に対して斜方に直線状に立
ち上がるドーム部の成す角度が７５°〜９０°であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の金属精錬用取鍋の水冷
取鍋蓋。
【請求項３】ハット形に成形される水冷取鍋蓋の水平
方向に配設されるフランジ部に対して斜方に曲線状に立
ち上がるドーム部における各接線の成す角度が７５°〜
９０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の
金属精錬用取鍋の水冷取鍋蓋。
【請求項４】伝熱管は、取鍋内に保持されている金属
溶湯および／またはスラグ層から放射される輻射熱に十
分耐え得る必要最低限の冷却水量を通水できる管径以上
であるとともに、隣合う伝熱管相互が溶接によって接合
されて溶接部に形成される凹部に金属精錬時には食い込
み保持されるスプラッシュ層が精錬終了とともに収縮し
て離脱し得る凹部を形成できる極力大きな管径を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
金属精錬用取鍋の水冷取鍋蓋。